多くの神経変性疾患で共通の原因がタンパク質の細胞内沈殿形成で、アルツハイマー病のTau、パーキンソン病のαシヌクレイン、そしてALSでのTDP-43はその典型例だ。このブログでも紹介したが、最近これらタンパクが相分離により濃縮されることが凝集形成に関わることが明らかになってきた。

今日紹介するドイツ・ドレスデン工科大学、ドレスデンマックスプランク研究所、そしてテキサスA&M大学からの論文は、TDP-43の相分離から凝集までの過程と、背景にある分子基盤を明らかにした力作で５月２３日 Cell にオンライン掲載された。タイトルは「Intra-condensate demixing of TDP-43 inside stress granules generates pathological aggregates（TDP-43の異常凝集はストレス粒子相分離体内での分離により起こる）」だ。

これまでTDP-43単独でも相分離が起こることが知られていたが、必要な細胞内濃度が現実ではないので、もっと低い濃度でTDP-43が相分離し、その後凝集体を形成する過程を詳しく調べている。この結果、低い濃度でも細胞がストレスに晒され、RNAと結合タンパク質が集まったストレス粒子が形成されると、そこにTD-43が組み込まれることで相分離し、その中で今度はTDP-43単独の凝集体を形成して相分離体から離脱することを発見する。

この過程をガイドしているTDP-43の様々な領域や、結合するタンパク質について徹底的に調べている。例えばTDP-43はRNA結合タンパク質なので、RNA結合性がなくなると相分離できないし、その結果凝集も起こらない。また、RNAをスキャフォールドとして相分離体を形成するタンパク質HSPB1をノックアウトすると、TDP-43の相分離も起こらない。これらの解析からTDP-43は低い濃度でもRNAに結合して、細胞ストレスにより誘導されて相分離が起こるストレス粒子内に取り込まれて相分離に参加する。

ストレス粒子が形成される細胞ストレスの多くは、酸化活性上昇を伴うことが多いが、これが起こると今度はTDP-43のRNA結合ドメインに存在するシステインがむき出しになりS-S結合が始まり、これを引き金にしてRNAから離れるとともにTDP-43同士の結合が始まる。これにより、細胞内でTDP-43が相分離体から分離して、液相から固相への転換が起こることが観察される。

分子シミュレーションや、分子の一部を改変する実験から、相分離体への参加、相分離体からの離脱、そして固相への転換による凝集体形成までの分子基盤を完全に明らかにしているが、ここでは割愛する。その上で、培養細胞実験系だけでなく、iPS由来運動神経細胞などを用いて同じ過程が起こることも確認している。

以上が結果についてのかなり省略した説明だが、これまで知られているALSの発症に関わる変異や、観察をほぼ全て説明できる。そして、相分離から凝集に至る分子についてもほぼ明らかになったので、うまくいけばこの過程を抑制する方法を見つけられるのではと期待される。

説明すると簡単だが、膨大な実験に基づくわかりやすい研究で、この論文は実際に手に取って読んでほしい。神経変性疾患のタンパク質凝集のことがよく理解できるようになる。

今日は細菌叢によって起こる意外な攪乱現象について論文を２報紹介する。

最初のプリンストン大学からの論文は、ケトン食が PI3K阻害剤の作用を高めるというこれまでの報告を解析し直して、この作用がケトン食とは全く無関係の原因で起こることを示した研究で、５月２９日号 Cell に掲載された。タイトルは「Microbiome metabolism of dietary phytochemicals controls the anticancer activity of PI3K inhibitors（食に含まれるフィトケミカルは細菌叢で代謝され、PI3K阻害剤の抗ガン作用を調節する）」だ。

まさに風が吹くと桶屋が儲かる的な話で、結論を先に述べると、「マウスの固形飼料に含まれる大豆由来のフィトケミカルが細菌叢により代謝され (soyasaponin から soyasapogenol) 、これにより肝臓の解毒システムが活性化され、これが PI3K阻害剤の肝臓での代謝を高めるため、同じ量を服用してもフィトケミカルを含む食事をとると、薬剤の効果が低下する」になる。

この実験では最初ケトン食で PI3K阻害剤効果が上がる原因を追及し、これがケトン食のマクロニュートリエント構成にあるのではなく、マウス固形食に含まれる何らかの分子が細菌叢により代謝されて、これが PI3K阻害剤の分解を促進することを突き止める。事実、通常の固形餌を与えても、細菌叢を抗生物質で除去すれば、PI3Kの血中有効濃度は維持できる。

そこで固形餌の成分を分析し、大豆由来のフィトケミカル、soyasoponin が細菌叢により代謝された産物soyasaponenol が肝臓の解毒システム発現を誘導し、その結果 PI3K が肝臓で分解されるため、薬剤の効果が低下することを突き止める。

以上が結果で、我々大豆をよく食べる民族にとっては重要な発見だと思う。コロナウイルス治療薬として最初に使える様になったパキロビッドは、ニルマトレルビルの分解をリトナビルで抑えて使うが、同じような工夫が他の薬剤にも必要かもしれない。

もう一報は、シンシナティメディカルセンターからの論文で、老化とともに増加する血液のクローン性増殖に、グラム陰性菌が分泌するADP-heptoseが直接関わっている可能性を示した研究で、４月２３日Nature にオンライン掲載されている。タイトルは「Microbial metabolite drives ageing-related clonal haematopoiesis via ALPK1（細菌叢由来代謝物はALPK1を介して老化に伴うクローン性血液増殖に関わる）」だ。

４月１９日に紹介したやはりクローン性増殖に関する研究はDNMT3a変異によりミトコンドリアの活性が高まることがクローン性増殖の要因であることを示していたが（https://aasj.jp/news/watch/26596）、一ヶ月もしないうちにこの論文は細菌叢由来分子がクローン性増殖を誘導できる可能性を示しており、この分野が多くの研究者を集めていることがわかる。

この研究ではマウス実験系で、DNMT3a変異血液細胞を移植したとき、ホストの腸管上皮が傷害されていると増殖力が高まることの発見から始まっている。通常の上皮障害を誘導する硫酸デキストランを接種させるとなんと増殖は５倍近くになり、それが維持される。ところがこの効果は抗生物質で細菌叢を除去すると消える。

この原因を追及して、結局、老化や上皮障害で増加してくるグラム陰性菌由来の分子が血中に流れてクローン性増殖を高めることを発見し、この分子をグラム陰性菌がLPSを合成する過程で分泌するADP-heptoseであることを突き止める。

実際、若い人ではADP-heptoseは全く血中に流れていないが、老化するとADP-heptoseが血清中に検出できる。そして、この血清、あるいはADP-heptoseを直接DNMT3a欠損血液細胞に加えると細胞の増殖を誘導できる。

このシグナルについても検討し、細菌由来物質のセンサーとも言えるALPK1チロシンキナーゼを介して、NFkbシグナル経路が活性化する結果であることを示しているが詳細は割愛する。要するに老化に伴うADP-heptoseの上昇と、DBMT3aによるALPK1の発現上昇が合わさった結果がクローン性増殖を誘導することになる。

ではこの結果と、ミトコンドリア活性化をメトフォルミンで抑えるという結果は並立するのか。細胞の中での話としては全然問題なく両立していいと思う。ただ、メトフォルミンは細菌叢に働いてグラム陰性菌が増加することも示されているので、こちらは両立しない。ことほど左様に細菌叢は複雑だ。

両親が健康な場合、流産児の明らかな形態的異常が見つからない限り、流産の原因を探ることは難しい。幸い、ゲノム解析が進んだ結果、流産胎児のゲノムと両親のゲノムを比べることで、ゲノムレベルの異常を特定できるようになってきた。

今日紹介するアイスランドにあるデコード社とデンマーク・コペンハーゲン大学からの論文は、流産した胎児や胎盤のゲノム解析から流産の原因になる遺伝子変異を明らかにしようとした研究で、５月２１日 Nature にオンライン掲載された。タイトルは「Sequence diversity lost in early pregnancy（初期妊娠中の流産で見られる配列の多様性）」だ。

デンマークは国民のコホート研究が徹底している国だが、流産についてもコペンハーゲン流産研究というコホートが存在し、すでに４６７例の初期流産胎児組織が集められ、同時に両親の血液も採取されている。このおかげで、流産胎児のゲノム配列決定を行って、両親と比べることで、どのような変異がいつ発生したのかを特定することができる。この研究で正常胎児のコントロールはないが、代わりに正常に生まれてきた子供のゲノムを両親と比べた多くのデータを参照することができる。

まず流産胎児と言っても血の塊みたいなもので、母親の組織も多く混じっており、研究で最も重要なのは、これらの組織から胎児や胎盤組織を正確に採取することで、これを５００例近く行ったことに驚く。この方法では塩基変異まで全ての変異を特定できるが、それが流産の原因になったと特定するのは簡単ではない。研究ではまず、染色体の数の変化が起こる大きな変異を探索している。この結果、流産児の４４％は染色体の一部の数の大きな異常が認められ、さらに６.４%が三倍体を示すことがわかっている。即ち、流産の半分以上は染色体の大きな部分に起こる染色体変化によることがわかった。

詳細は省くが、染色体異常の起こり方を特定することもできる。例えば最も数の多い１６番目のトリソミーは全て母親の減数分裂のエラーによることがわかる。そして、他の染色体も含めかなりの割合で、減数分裂前の分裂でできる姉妹染色体形成児の異常であることが特定できる。一方父親の減数分裂異常で起こる染色体異常は４番や１５番など限られた染色体に見られる。そして、数の増えたり減ったりしている部分の境界を特定すると、減数分裂時に起こる組み替えのホットスポットで起こっていることがわかる。元々減数分裂時に染色体の組み替えが起こり、これが我々ゲノムの多様性を維持するための重要な過程なので、このような初期妊娠中に起こる流産を防ぐためには、卵子や精子の質を決定する手段がない限り難しい。さらに、女性の場合減数分裂途中で長い休止期に入ることが、例えば８番や１６番の染色体異常が起こりやすい原因になっている。

このような大きな変化以外に、６.６%は胎児だけに見られる点突然変異や小さな欠失・挿入によるを特定することができる。また、このような変異が見られる頻度は、正常時と両親を比べた場合より明確に高いため、おそらくこれらが流産の原因になっていると想像できる。事実特定された多くの遺伝子は、胎児発生や胎盤形成で強く発現しており、発生異常の原因になっている可能性を示唆している。

なかには明らかに発生異常に繋がることが明確な遺伝子も存在している。面白いのは単一塩基変異の多くが Thiopurine によるガン治療でも見られる C>G 変異で、原因究明が待たれる。

主な結果は以上だが、おそらくこの論文の重要性は、徹底的にゲノムを両親と比べても全く異常が見つからないケースが４割以上存在するという事実だろう。ゲノムの変異の方は、結局前もってゲノムを調べない限り防げない。しかし、残りの４割の原因がわかれば、流産の確率を大幅に減少させられる可能性は残る。

細胞系譜の追跡は発生学の重要なテーマで、これまで様々な方法が開発されてきた。追跡時間が長い場合は、分化や成長の跡も変化しない細胞の標識法が必要になる。そのため通常はゲノム上に起こった変異を利用して追跡に使っている。

今日紹介するバルセロナの科学技術研究所からの論文は、これまでの常識を覆し、エピジェネティックな変異も細胞系譜追跡のクローン標識に使えることを示した研究で、５月２１日 Nature にオンライン掲載された。タイトルは「Clonal tracing with somatic epimutations reveals dynamics of blood ageing（体細胞のエピ変異は血液細胞の老化による変化を明らかにする）」だ。

この研究の結論は、「DNAのメチル化パターンも細胞クローンの長期間の標識として使えることを明らかにし、これを用いて老化に伴う血液のクローン増殖を正確に解析できる」とまとめられるが、この論文を読んでみて、結論よりも何よりも、single cell を解析する方法がここまで進歩し、いくつかを自由に組み合わせることができるのかという驚きの方が大きかった。

DNAメチル化パターンは様々な要因で変化するので、クローン標識に用いられないと考えるが、染色体として閉じたヘテロクロマチン領域は安定していることが知られている。この研究では、メチル化されると制限酵素で切断できない領域を利用して、少量のDNAでメチル化状態を特定できる部位を約４５０カ所選んで、の４５０カ所のメチル化のパターン（エピ変異）を細胞標識に用いられるか調べている。

これがクローン標識になることを示すためには、オーソドックスなゲノム変異に基づくクローン解析と組み合わせる必要がある。そこで、レンチウイルスにバーコード配列を導入し、これをクローン標識にし、ゲノム標識で特定できるクローンとエピ変異で特定できるクローンが一致していることを確認している。

もちろんエピ変異の中には、血液分化により変化したパターンも含まれる。例えばリンパ球と白血球ではメチル化パターンが異なる。実際、single cellエピ変異を調べると、一部は細胞分化とともに変化する変異が存在し、クローン標識としては役に立たない。しかし、血液の分化度を示す標識として用いることができることから、エピ変異を血液細胞分化の標識とクローンの標識として同時に使うことができる。予想通り、分化の標識として使えるエピ変異はオープンクロマチンの遺伝子プロモーター部分に存在し、クローンの標識に使うエピ変異はヘテロクロマチン部分に限局している。

このようにレンチウイルスを用いて遺伝子を導入する方法は人間には使えない。そこで、クローン増殖を誘導することが知られている１５０カ所のこれまでクローン増殖との関わりが知られている変異をsingle cellレベルで同時に増幅し、epi変異とともに解析する方法を開発し、ゲノム変異とエピ変異の一致について解析している。

結果、ゲノム変異により増殖したクローンはエピ変異パターンでも特定できることを示している。さらに、ゲノム変異は見つからなくても、エピ変異だけが見られるクローン増殖が存在することも明らかにし、エピ変異解析は特にクローン増殖解析に有効であることがわかる。

他にも、今度はsingle cellレベルでミトコンドリア遺伝子の変異を調べる方法と組み合わせて、それぞれはゲノム変異以上にクローン標識に使えることを示している。最後に、エピ変異パターンが血液分化とクローン解析を同時に行える利点を生かして、高齢者の血液を解析し、エピ変異が様々な分化度の幹細胞で起こったあと、長期間維持されること、また人間では５０歳ぐらいからエピ変異が起こり始め、これが体内時計の代わりをすることを示している。

いずれにしても、エピ変異の解析方法を開発した上で、それをバーコード導入や、ゲノム変異、ミトコンドリア変異のsingle cellレベルの解析と自由に組み合わせて実験を進めているのを見ると、老兵はただただ目を見張る。

今日は少し趣向を変えてアスリートの健康リスクについての論文を２報紹介する。

まず最初のバスク大学からの論文は、プロフェッショナルのアスリートではないが、マラソン完走後の脳変化を調べた研究で、この号の表紙になっている。

これまでウルトラマラソンランナーでは完走後に脳が縮小することが報告されていたが、この研究では様々なマラソン大会参加者からボランティアを募集し、１０人についてマラソン前、マラソン後４８時間以内、２週間後、２ヶ月にMRI検査を行っている。検査は脳白質のミエリンの量に焦点を当てている。といっても実際にはミエリン層に蓄積された水の量を量って、ミエリンの量としている。従って、脱水など他の要因でミエリンが減って見えることはあるが、今回測定できたのは正確にミエリンの量を反映していることを確認している。

さて結果だが、マラソン完走後４８時間以内ではミエリンの量が平均で２５％近く減少する。この減少は、運動神経とその調節に関わる領域で高いことから、おそらくグルコースの供給が低い時に長期間神経活動を維持するために、脂質でできているミエリンをエネルギー源として供給しているのだろうと結論している。本当にミエリンが局所でエネルギー源として働いているのかは、動物で実験可能だと思う。

研究ではマラソン完走後２週間、２ヶ月でも同じ検査を行い回復を調べている。２ヶ月ではほぼ完全に回復しているが、２週間ではまだ完全な回復は見られていない。

以上が結果で、マラソン愛好家も少し気になるところだろう。重要なのは、ミエリンが減少しているときにどのような症状があるのかをはっきりさせることだろう。また、脳内のグルコースを高める方法の開発も重要な気がする。

次の論文はイタリアパドバ大学からの論文で、２００５年から２０２０年に開催されたプロフェッショナルのボディービル・コンペティションに参加したボディービルダーを協会の登録をベースに追跡し、平均８.５年の経過観察期間中の死亡とその原因を調べた研究で、４月１０日 European Heart Journal にオンライン掲載された。

統計的に妥当な集計が行われていることを確認した上で、死亡率をプロフェッショナルなボディービルダーとアマチュアで比べると、なんとプロはオッズ比で５−６倍死亡率が高い。そして、最も多い死亡原因は心臓の突然死で、３７％にも登る。

即ちプロフェッショナルボディービルダーは心臓死の高いリスクを背負っていることが統計的に示された。解剖が行われたケースでは、ボディービルダーの心臓が肥大していることが確認されており、心筋の強化が逆に突発的な心臓死の原因になっている可能性が高い。

これが純粋なボディービルディングの結果かどうかははっきりしない。というのもボディービルディング協会ではドーピング規制がほとんどなく、多くのボディービルダーは筋肉増加ステロイドなどの増強剤を使っている。実際、アマチュアでは突然死がそれほど上昇していないことを考えると、増強剤の影響による可能性は大きい。その意味で、この結果を受けてボディービル協会もドーピング規制を厳しくした方がいいと結論している。

他にも、ボディービルダーはアミノ酸やプロテインを多量に摂取する傾向があり、これが腎不全に繋がることも知られている。とすると、プロもアマも健康第一で競争を楽しむことが重要だといえる。

今日紹介するニューヨーク大学からの論文はシステイン欠損を数日続けるだけで身体の脂肪をほとんど燃やすことができることを示した驚くべき研究で、５月２１日 Nature にオンライン掲載された。タイトルは「Unravelling cysteine-deficiency-associated rapid weight loss（システイン欠損による急速な体重減少を明らかにする）」だ。

システインはメチオニンとともに硫黄を含むアミノ酸で、タンパク質に取り込まれるとSS結合を通して高次構造を決める重要なアミノ酸として働く。ただシステインはタンパク質の構成要素として働くだけでなく、グルタチオンへと変化して酸化ストレスを抑える。さらには様々な細胞毒の解毒作用も持っている。その上に、分解により生じる硫化水素は細胞のエネルギー代謝調節に重要であることもわかっている。このような多様な機能から、現在ガンの代謝プログラムとの関わりでシステインが盛んに研究されている。

このようにシステインが細胞代謝に重要だとわかっていても、システインが欠損すると数日で体重が３割減るとは誰も想像できなかったと思う。必須アミノ酸やシステインが欠損した状態を詳しく調べる途中で、体内でシステイン合成ができないように合成酵素を欠損させたマウスにシステインフリー食を与えて、完全にシステインの供給を絶つ実験を行っている。

他の必須アミノ酸を欠損させた場合でも急速に体重が減る。これはintegrative stress response (ISR) が誘導され、翻訳が低下するとともに、FGF21やGDF15が上昇して代謝を変化させる結果であることがわかっている。ただ、システインを完全に遮断した場合はこれを遙かに超える体重減少が見られ、１週間でなんと体重が３割低下する。

組織学的に調べると、なんと脂肪組織から脂肪が消える。これは決して脂肪細胞が失われたわけではなく、脂肪が消費される結果であることがわかる。この間マウスは飢えでぐったりするといった症状を示すことは全くなく、正常と同じレベルの活動性を維持している。ただ、酸素呼吸は少し低下する。

脂肪組織を詳しく調べると、白色脂肪組織で脂肪を熱に変えるUCP1を発現した褐色脂肪組織への転換が進み、その結果代謝に脂肪が使われ、また多くは熱として放出された結果、これほど急速な脂肪組織減少が可能になっている。

あとは、肝臓、筋肉、脂肪組織などの遺伝子発現を調べ、この変化の原因を探っている。通常の必須アミノ酸欠損で起こるISRが起こっていることは確認されるが、これに加えて酸化ストレス反応 (OSR) が加わっていることがわかる。これはシステインがグルタチオン合成に必須であるためで、これが低下して酸化ストレスが上昇している。

この２種類のストレスが揃う結果、脂肪やコレステロールの合成が低下し、逆に分解が上昇する。

これがISRとOSRが揃う結果であることを確認するため、必須アミノ酸を欠損させISRを誘導するとともに、グルタチオンの合成を止める化合物を加えると、システインが存在しても同じような効果が見られる。余談になるが、システインの体内での合成を止めることは難しいので、この戦略は短期であれば体重減少治療として使える可能性はある。

ただ、システイン遮断効果は、ISR+OSRよりさらに強いので、システイン遮断独自の要因もあると探索し、エネルギー代謝の中心にあるCoAの濃度が、システイン遮断特異的に低下することで、より強く脂肪依存性のエネルギー代謝へのシフトが起こることを示している。

以上が結果で、理屈よりもともかくその効果に驚く。元々硫黄を含むメチオニンやシステインを制限することで長生きするという話がある。システインは酸化ストレス抑制には必要だが、硫化水素を合成して毒性を発揮するので、このバランスをあまり狂わせるとかえって短命に繋がると思っていたが、今日の論文を読んでシステインにはまだまだ知らない秘密があることがよくわかった。

パーキンソン病 (PD) は神経細胞が変性により失われる病気なので、治療としては失われた細胞を取り戻す再生医療、あるいは他の細胞にドーパミン産生を肩代わりさせる遺伝子治療が中心になる。ただ、細胞喪失の原因を少しでも和らげて、経過を遅らせる治療も重要だ。その一つが、神経を傷害する異常αシヌクレインを抗体で除去する方法でおそらく多くの研究が進んでいる。これと平行して、様々な薬剤でαシヌクレインの影響を抑える方法も開発が進んでおり、このブログでも異常αシヌクレインに対する神経細胞の反応を阻害して細胞死を防ぐc-Able阻害剤（https://aasj.jp/news/watch/21414）、またαシヌクレインの伝搬を防ぐAXLキナーゼ阻害剤（https://aasj.jp/news/watch/26237）などについて紹介してきた。

まず今日紹介するPDの進行を防ぐ薬剤開発を目指した研究論文を読んで驚いたのは、AXLキナーゼを報告した上海復旦大学大学の同じ研究施設からの論文だが、主要著者が全くことなる点だ。内情はわからないが施設内ですごい競争が行われているのだろうか？今日紹介する論文のタイトルは「MEK1/2 inhibitors suppress pathological α-synuclein and neurotoxicity in cell models and a humanized mouse model of Parkinson’s disease（MEK1/2阻害剤は異常なαシヌクレインと神経毒性を細胞モデルとヒト化したパーキンソンモデルで抑えることができる）」だ。

MEK1/2阻害剤というとメラノーマやRAS活性化ガンに現在使われている薬剤で、タイトルを見たとき「え！これがPDに効くの？」と驚いた。研究ではラベルしたシヌクレインの細胞内の濃度を低下させる薬剤がないか、既存の50種類の化合物を細胞に加えて探索した結果、MEK1/2阻害剤に効果があることを発見している。即ち、正常シヌクレインの細胞内濃度を下げる効果がMEK阻害剤にある。また、神経細胞を異常シヌクレインに暴露して細胞内でのリン酸化シヌクレイン、さらには繊維化シヌクレインを誘導する系では、正常と同じように異常シヌクレインも抑えることができる。すなわち、全てのシヌクレインの細胞内濃度を下げることができる。

このメカニズムについて細胞レベルで調べると、正常シヌクレインについてはMEK阻害剤はオートファジーを抑えるTFEB分子をリン酸化して、オートファジーを促進することで細胞濃度を下げている。ところがこの経路はリン酸化及び異常シヌクレインの除去には関与していないこともわかった。

そこで異常シヌクレインに暴露したときに誘導されるαシヌクレインのリン酸化、その後の凝集に関わる分子として知られるPLK2キナーゼ活性について調べると、MEK阻害剤でPLK2タンパク質の細胞内濃度が低下することを発見する。その結果、正常シヌクレインのリン酸化が低下し、シヌクレイン凝集も抑えられることがわかった。これをまとめると、MEK阻害剤は異常シヌクレインの原料になる正常シヌクレインの濃度をオートファジー促進で下げると同時に、シヌクレインリン酸化に関わるPLK2の濃度を下げることで、リン酸化シヌクレイン、凝集シヌクレインの生成自体を抑えることがわかった。

最後に、米国バイオベンチャーSpringWorksが開発し神経線維腫症の治療治験が進行中の、脳血管障壁を通過できるMEK阻害剤Mirdametinibを投与して、シヌクレインをヒト化して異常シヌクレインを線条体に注射してPDを誘導するPDモデルマウスの症状と病理を抑えられるか調べ、強い副作用なしに症状及び病理レベルでPDの進行を抑えられることを明らかにしている。

以上が結果で、今年２月に紹介した論文よりはずっと臨床に近いところまで研究が進んでいるので、是非治験を進めてほしいと思う。細胞移植と言ってもPD患者さんの数を考えると、そう簡単に治療数の拡大は見込めないだろうが、以前紹介したAble阻害剤と今回のMEK阻害剤による治療は重要だと思う。

１ｍを超す大きさを持つ神経細胞では、細胞本体から離れた局所で、その場所に必要なタンパク質の翻訳を行う複雑な仕組みが存在している。この仕組みが傷害される例としては軸索に沿って翻訳のための材料を輸送し局所翻訳に関わる分子TDP-43やFUSの異常によるALSなどがある。

また、長い神経細胞が末端で障害を受けたときにも局所翻訳は必須で、今日紹介するイスラエル・ワイズマン研究所とエストニア・タリン研究所からの論文は、この過程になんとトランスポゾンの一つがmRNA輸送システムを用いて末端に輸送され、翻訳促進に関わることを示した研究で、５月１６日 Cell にオンライン掲載された。タイトルは「Repeat-element RNAs integrate a neuronal growth circuit（神経増殖回路を繰り返し配列由来RNAが統合する）」だ。

この研究ではトランスポゾンのなかのB2-SINEの一部がアデニル化を受けて軸索を輸送され、神経損傷治癒に関わるとするこれまでの研究に着目し、そのメカニズムを詳しく解析している。

まず損傷を受けた後、根神経でBe-SINEの転写が７２時間をピークに上昇することを確認している。これはB2-SINE特異的で、他のトランスポゾンでは損傷では誘導されない。そして、眼球にB2-SINEをAAVベクターで導入して視神経の損傷治癒を観察すると、B2-SINEを導入した神経では明らかに再生が上昇しており、ノンコーディング・トランスポゾンが神経再生を促進することがわかった。

神経損傷でB2-SINEが誘導されるのは、末端の損傷シグナルにより活性化されるAP-1転写因子の作用であることを確認したあと、数あるB2-SINEのなかで損傷で誘導され、アデニル化されて末梢へ輸送されるサブセットを探索し、最終的に特異的な配列を持つ神経損傷治癒に関わるB2-SINEを特定しBI-SINEと名付けている。

最後にBI-SINEが神経損傷を促進するメカニズムを明らかにするため、細胞質内でBI-SINEに結合する分子を探索し、BI-SINEがRNA結合タンパク質ヌクレオリン溶け都合して、ヌクレオリンがリボゾームにmRNAをロードするのを促進することで、翻訳活性が上昇し、局所の修復を促進することを明らかにしている。

結果は以上で、トランスポゾンの一つが、末梢神経特異的に働くようオーガナイズされているのを知ると感激する。すなわち、B2-SINEは神経損傷とは無関係に我々のゲノムで増殖を繰り返したと思うが、その中のおそらく一つがヌクレオリンに結合して翻訳を促進できる機能を獲得したあと、損傷で誘導されるプロモーターとリンクしたトランスポゾンに生まれ変わり、現在も増大し続けていると考えると感心してしまう。今後、再生能力の高い動物と比べることで最も白い話が出てくるかもしれない。

もちろん、BI-SINEそのものも末梢神経誘導因子として臨床応用することも可能だと思う。

ガン患者さんを受け持ったことがある臨床医なら経験があると思うが、放射線治療してガンが縮小したのに、他の転移巣が急に大きくなることがある。これは、１）局所照射といえども免疫や造血抑制効果がある、２）放射線により炎症性サイトカインが誘導されそれがガンの増殖を促進する、３）免疫抑制環境が誘導される、など様々な可能性が提唱されているが、今なお明確な答えはなかったようだ。

今日紹介するシカゴ大学からの論文は、この現象の背景に増殖因子の一つamphiregulin (AREG) が放射線治療により誘導される結果である可能性を示した研究で、５月１４日 Nature にオンライン掲載された。タイトルは「Radiation-induced amphiregulin drives tumour metastasis（放射線により誘導されるamphiregulinが腫瘍の転移を促進する）」だ。

おそらく実験を積み重ねるというより、何らかのきっかけでAREGがガンの転移巣を活性化するのではと着想して、まず放射線治療前後の肺ガン病巣をバイオプシーして、上昇する遺伝子を調べた結果、ARE は上昇する分子のトップ３に入ること、そして照射後AREGが上昇した患者さんでは、ガンの予後がはっきりと悪いことを明らかにし、あとは動物実験でAREGの効果について調べている。

放射線に比較的抵抗性の肺ガンを移植し、それに放射線照射を行うと、追加にAREGが誘導され、転移の数は減るが、転移巣のガンの増殖が著しく早まることを見つける。そして、ガン細胞から AREG遺伝子をノックアウトして同じ実験を行うと、放射線を当ててもガンの増殖が早まるこはないことを確認する。またAREGを注射するだけでも転移ガンの増殖が高まる。同じ現象は、手術で腫瘍を取り除いても決して起こらないので、放射線特異的な現象であることがわかる。

放射線照射がなぜAREGを誘導するのかについては、インターフェロンが媒介している可能性を示唆しており、放射線照射が炎症を誘導することで、腫瘍を活性化するというモデルに近い。

この研究では、AREGの作用メカニズムにより焦点を当てて研究しており、AREG刺激を受けてリン酸化を受けたEGF受容体が、特に腫瘍組織の単球で発現していること、この結果これまで何度も紹介してきたガンを助けて、ガン免疫を抑えるマクロファージクラスターがAREGで誘導されることを、主にガン組織に集まる血赤経細胞をsingle cell RNA sequencingで解析して明らかにしている。

さらにAREGはEGF受容体を発現する場合、ガン細胞自体にも働いて、CD47の発現を上昇させる。この表面抗原は、マクロファージから正常細胞を守る標識で、この発現が上昇するとマクロファージに貪食されなくなる。この結果、ガン抗原のプロセッシングは低下するので、免疫が抑制される。また貪食されずに死にかけの腫瘍細胞が残り、周囲環境を変化させてガンの増殖を助ける可能性もある。

以上の結果は、AREGに対する抗体を用いて放射線により誘導される負のサイクルを止められる可能性を示唆している。事実、担ガン動物に放射線を当て、そのときAREGに対する抗体も投与すると、転移ガンの増殖を抑えることができる。このとき、AREG受容体、EGF受容体のリン酸化をブロックすると、さらに効果が高まることも示している。

同様に、AREG抗体投与と同時に、ガン細胞を守るCD47に対する抗体を併用すると、さらに高い抗腫瘍活性を見ることができた。

結果は以上で、AREGだけで全て説明できるとは思えないが、AREGに対する抗体のガンを抑制する効果は、臨床でも期待できるのではないだろうか。

哺乳動物は１億６千万年前に有袋類と我々真獣類に分かれるが、大小を問わずそれぞれの系統では特に発生過程の大きな差が維持されている。意外なことに胚の初期発生では有袋類は遅れ気味で、また着床しても哺乳動物の胎盤のような複雑な組織は作らない。従って、子宮内で成長するより、早く生まれてから有袋類の特徴である育児嚢と呼ばれる袋の中で成長する。現役時代に発生学を研究していたとはいえ、有袋類のことは全く知らなかった（現在もそれほど進歩していないが）。ところがCDBのシンポジウムで有袋類胞胚期に内部細胞塊が形成されないと聞いて本当に驚いたことがある。真獣類と言っても発生研究が行われている哺乳動物は多くないが、有袋類の研究者は少なく、Nature のような一般紙で目にすることは少ない。

今日紹介する英国クリック研究所からの論文は、有袋類のメチル化DNAマップをを発生過程を追って調べた研究で５月１４日 Nature にオンライン掲載された。タイトルは「Divergent DNA methylation dynamics in marsupial and eutherian embryos（有袋類と真獣類でのDNAメチル化動態の多様性）」だ。

DNAメチル化マップを作ることは現在普通に行われるが、有袋類を飼育し、発生過程を追いかけるシステムの構築は簡単ではない。この研究ではテキサス大学リオグランデ校の実験室で飼育されている北米産有袋類（Opossum）を用いており、卵子、精子から様々な段階の初期発生胚を集めることができたことがこの研究のハイライトになる。

結果を一言で言うと、タイトルに書かれているとおり「DNAメチル化のパターンとメカニズムは、有袋類と真獣類で大きく異なっている」になる。いくら研究者が少ないからといって、両者の大きな違いについてはすでに多くが報告されている。この研究では、発生段階でのプロセスを検討し直した点が新しい貢献になる。

我々の精子と卵子でDNAメチル化を比べると、精子でのメチル化程度は卵子と比べて高いが、有袋類ではこの差が少なく、体細胞との差も大きくない。この結果と言っていいのかわからないが、我々の胚発生で起こる、一度DNAのメチル化を消去してから、それぞれの細胞に合わせたDNAメチル化を再構成する過程がない。即ち、受精卵のメチル化レベルの上に、それぞれの細胞に合わせた再構成が起こる。

我々真獣類ではこの再構成過程で、胚自体は高いレベルのDNAメチル化を再構成するが、トロフォブラスト由来の胎盤ではメチル化の再構成はあまり進まない。このメチル化の差が胚と胚外組織の違いに重要とされているが、面白いことに有袋類トロフォブラストではメチル化の程度が持続的に下がる。これは新しいDNAメチル化に関わる酵素の発現がトロフォブラストで抑えられているためで、脱メチル化に関わるTET分子も低いため、積極的な脱メチル化が進んでいるわけではない。このような自然減によるが、最終的に胚と胚外組織でメチル化程度の違いができている天が面白い。

おそらく最も大きな違いはX染色体の不活化だろう。不活化過程は、人間とマウスでも異なるが、最終的にはXistと呼ばれるノンコーディングRNAが発現した方のX染色体がヒストンH2K27のメチル化によるクロマチン構造変化を遂げて不活化される。このとき、どのＸ染色体が不活化されるかについては、細胞ごとに早くXistが発現した方が不活化されることが知られている。

有袋類にはXistの代わりに、よく似た機能を保つRSXと呼ばれるノンコーディングRNAが存在することが知られている。面白いのは、RSX領域が卵子ではメチル化されており、精子ではメチル化されていない。すなわち、受精後精子由来のX染色体だけからRSXが発現して不活化される。

他にもメチル化場所など詳しい解析がなされているが、割愛する。以上紹介したように、DNAメチル化を視点にして有袋類と真獣類を比べることで、それぞれの発生過程のルールの違いを際立たせることができるし、何よりも物知りになった気がする。

よくエピジェネティックに決まる形質の遺伝が議論されるが、有袋類の方が起こりやすそうなので、その影響を調べることも面白いように思う。